[发明专利]一种轮式移动舞台机器人在线优化镇定控制方法

说明书

一种轮式移动舞台机器人在线优化镇定控制方法，针对轮式移动舞台机器人在非完整约束条件下实现镇定控制需要，首先通过定义轮式移动舞台机器人的离散时间三阶动力学模型和随机选择的初始时刻有限时间窗口控制序列，计算时间窗口内的镇定控制误差序列和误差序列关于控制输入序列的梯度，再利用牛顿法建立每个采样时刻控制序列的更新机制，并结合滚动优化控制原理，计算在每个采样时刻的控制输入量，实现轮式移动舞台机器人的镇定控制。本发明设计方法的优点是理解简单、设置参数少、通用性强以及在线计算简便，满足了轮式移动舞台机器人快速镇定控制的实时性要求。

技术领域

本发明涉及一种轮式移动舞台机器人在线优化镇定控制方法。

背景技术

舞台演出艺术已成为我国日常文化生活的重要组成部分，其中轮式移动舞台机器人是呈现高品质舞台演出艺术的重要道具之一。通常在曲目演出时，舞台机器人需要根据演出曲目的变化快速移动到指定目标位置。移动舞台机器人快速到达指定位置，可视为移动机器人的镇定控制问题。镇定控制的目标是获得一个反馈控制律使得移动舞台机器人渐近到达目标位置。但轮式移动舞台机器人存在非完整约束限制，任意光滑连续的时不变静态状态反馈控制律都无法驱动轮式移动舞台机器人到达指定的目标位置，这对轮式移动舞台机器人的镇定控制提出了挑战性。通过对现有轮式移动机器人镇定控制方法的文献的检索发现，轮式移动舞台机器人镇定控制方法主要有：非连续镇定控制、时变镇定控制、混杂镇定控制和模型预测镇定控制，但非连续镇定控制、时变镇定控制和混杂镇定控制不能处理轮式移动舞台机器人执行机构的物理约束和移动区间限制，模型预测镇定控制需要在线构造目标函数的Hessian矩阵，在线计算量很大，而且这些控制方法理解复杂，控制效果的收敛速度缓慢。因为轮式移动舞台机器人需要根据曲目变化按时到达指定舞台位置，控制实时性要求高，而且轮式移动舞台机器人又是一个典型的非完整约束控制系统，因此，尽管轮式移动舞台机器人镇定控制研究取得了一些成果，但近年来相关学者和演艺专家对于这个具有挑战性的重要难题仍然进行了大量细致地研究和探讨，以满足当前高品质舞台演出艺术对轮式移动舞台机器人的简便、灵活的镇定控制的迫切要求。

发明内容

为了克服已有轮式移动舞台机器人镇定控制方法的设置参数多、在线计算复杂和实现困难的不足，本发明提供一种理解直观、设计简单、易于在线计算的轮式移动舞台机器人在线优化镇定控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种轮式移动舞台机器人在线优化镇定控制方法，所述控制方法包括如下步骤：

1)、建立轮式移动舞台机器人移动过程的离散时间动力学模型，参见式(1)：

其中，正常数T_s表示采样周期，变量k表示采样时刻；x₁(k)和x₂(k)分别表示在k时刻轮式移动舞台机器人在舞台直角坐标系中X方向和Y方向的位置坐标；x₃(k)表示在k时刻轮式移动舞台机器人在直角坐标系中的方位角；u₁(k)和u₂(k)分别表示在k时刻轮式移动舞台机器人的线速度和角速度；考虑模型式(1)，定义轮式移动舞台机器人的状态列向量x＝[x₁ x₂ x₃]^T和控制列向量u＝[u₁ u₂]^T，其中，符号T表示向量的转置；

2)、将模型式(1)简记为式(2)：

x(k+1)＝f(x(k),u(k)) (2)